Interaction photon-photon
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L' interaction photon-photon est la diffusion d'un photon par un autre photon, sous l'effet de hautes énergies dans le vide et avec création de particules virtuelles.
L'électrodynamique quantique montre que les photons ne peuvent pas se coupler directement entre eux et à un champ fermionique, conformément au théorème de Yang-Landau[1],[2],[3], car ils ne portent aucune charge et il n'existe pas de sommet d'un diagramme de Feynman comportant 2 fermions et 2 bosons en raison des exigences de renormalisation. Cependant, ils peuvent interagir par des processus d'ordre supérieur ou se coupler directement entre eux dans un sommet comportant deux bosons W supplémentaires. En effet un photon peut, dans les limites du principe d'incertitude, fluctuer en une paire fermion-antifermion chargée virtuelle avec laquelle l'autre photon peut interagir. Cette paire de fermions peut être constituée de leptons ou de quarks. Ainsi, les expériences de physique à deux photons peuvent servir à étudier la structure du photon, ou, de manière métaphorique, ce qui se trouve « à l'intérieur » du photon.
Il existe trois processus d'interaction :
- « Direct » ou « ponctuel » : le photon se couple directement à un quark à l'intérieur du photon cible[4]. Si une paire lepton–antilepton est créée, ce processus relève uniquement de l'électrodynamique quantique, mais si une paire quark–antiquark est créée, il implique à la fois l'électrodynamique et la chromodynamique quantique perturbative[5],[6],[7].
La teneur intrinsèque en quarks du photon est décrite par la fonction de structure du photon (en), montrée expérimentalement dans des expériences diffusion électron-photon inélastique[8],[9].
- Configuration simple : la paire de quarks du photon cible forme un méson vecteur. Le photon sonde se couple à un constituant de ce méson.
- Configuration double : les photons cible et sonde ont tous deux formé un méson vecteur. Il en résulte une interaction entre deux hadrons.
Dans les deux derniers cas, l'échelle de l'interaction est telle que la constante de couplage fort est élevée. Ceci est appelé « dominance du méson vectoriel (en) » et doit être modélisé en chromodynamique quantique non perturbative.
